RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用
2012-08-15 來(lái)源：作者：宋志新 劉希安 來(lái)源：中國(guó)論文網(wǎng)
RTK（RealTimeKinematic）技術(shù)又稱載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)量點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)精度。具備靈活、快速、省時(shí)、省力等優(yōu)點(diǎn)，顯著地提高工作效率。RTK技術(shù)能夠替代常規(guī)控制測(cè)量，如一、二級(jí)導(dǎo)線測(cè)量，圖根控制測(cè)量，圖根水準(zhǔn)測(cè)量等。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地形測(cè)量、航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)量、勘界與撥地測(cè)量、工程測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。
1、RTK測(cè)量原理
RTK測(cè)量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)與流動(dòng)站的接收電臺(tái)組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備。軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)的功能。
RTK測(cè)量技術(shù)，其基本原理是：在基準(zhǔn)站上設(shè)置1臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地解算整周模糊度未知數(shù)并計(jì)算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與用戶站觀測(cè)成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功。
2、RTK在公路測(cè)量中的應(yīng)用
2.1外業(yè)準(zhǔn)備及踏勘。根據(jù)設(shè)計(jì)方案在1：10000地形圖上確定路線基本走向，與鐵路、公路、河流交叉位置以及起終點(diǎn)連接方案等，擬定首級(jí)控制網(wǎng)圖形。在現(xiàn)場(chǎng)踏勘中重點(diǎn)搜集地物、河流、村落等影響線路走向的因素，初步確定首級(jí)控制網(wǎng)的布設(shè)位置。
2.2首級(jí)控制測(cè)量。公路測(cè)量一般是在直角坐標(biāo)系中進(jìn)行，而RTK采集的是WGS84坐標(biāo)，這就存在WGS84坐標(biāo)與直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，由于RTK作業(yè)要求實(shí)時(shí)給出直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)，這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作非常重要。為了計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，就需要聯(lián)測(cè)不少于3個(gè)高等級(jí)的國(guó)家控制點(diǎn)，當(dāng)然能聯(lián)測(cè)更多的國(guó)家控制點(diǎn)可以提高坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度，可以計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差，確定控制點(diǎn)的可靠性。聯(lián)測(cè)好國(guó)家控制點(diǎn)后，GPS接收機(jī)手薄能自動(dòng)解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)并進(jìn)行坐標(biāo)校正和高程擬合。接下來(lái)根據(jù)公路線路的長(zhǎng)度，每隔3~5公里布設(shè)一個(gè)首級(jí)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)的位置要離開公路中心線一定的距離，以免施工遭到破壞。對(duì)首級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)定位測(cè)量，在GPS衛(wèi)星數(shù)≥5顆，觀測(cè)時(shí)間控制在20分鐘以上時(shí)，可達(dá)到1~2cm的平面精度。
2.3地形圖測(cè)繪。公路定線大多是在大比例尺（通常是1：1000或1：500）帶狀地形圖上進(jìn)行，用傳統(tǒng)的方法測(cè)圖，首先要建立控制網(wǎng)，然后進(jìn)行碎部測(cè)量，繪制大比例尺地形圖。這種方法受到公路交通、行道樹等諸多影響，工作量大、速度慢、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。采用RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，在控制點(diǎn)上架設(shè)基準(zhǔn)站，啟動(dòng)流動(dòng)站后在沿線每個(gè)碎部點(diǎn)上只需停留2~5秒，即可獲得點(diǎn)位坐標(biāo)，結(jié)合輸入的點(diǎn)特征編碼及屬性信息，構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)，或采用野外繪制草圖的方法，室內(nèi)用繪圖軟件成圖。數(shù)據(jù)采集速度快，大大降低了測(cè)圖難度，既省時(shí)又省力。
2.4道路中線放樣。RTK測(cè)量技術(shù)用于公路中線放樣，放樣工作一人即可完成。將公路定線參數(shù)如逐樁坐標(biāo)、交點(diǎn)坐標(biāo)等傳輸?shù)絉TK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，即能按樁號(hào)也可按坐標(biāo)放樣，并可以隨時(shí)互換。放樣時(shí)屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動(dòng)，直到誤差小于設(shè)定的為止。對(duì)15km以內(nèi)的公路將基準(zhǔn)站架設(shè)于線路中部，即可滿足全線的放樣工作，無(wú)需搬站。每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成得，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)的放樣精度趨于一致。對(duì)于公路放樣，穿越水面、建筑等障礙物時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)路中線上任意點(diǎn)放樣，這是常規(guī)測(cè)量無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
2.5公路縱、橫斷面測(cè)量。公路中線確定后，利用測(cè)區(qū)內(nèi)的高程控制點(diǎn)，進(jìn)行多點(diǎn)高程擬和，使RTK高程精度達(dá)到厘米級(jí)，便可用RTK采集斷面數(shù)據(jù)，通過(guò)繪圖軟件即可繪出路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面，也可根據(jù)用戶的需要提供縱橫斷面數(shù)據(jù)，對(duì)于新建公路可以一邊放樣一邊測(cè)斷面，實(shí)現(xiàn)路中樁放樣和斷面測(cè)量一體化作業(yè)。RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量應(yīng)用于公路縱、橫斷面測(cè)量，可獲得良好的效果，與傳統(tǒng)方法相比，在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用各方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。
2.6施工控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)。在首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，施工控制網(wǎng)采用RTK技術(shù)，每隔500米左右測(cè)設(shè)一個(gè)施工控制點(diǎn)，其精度可達(dá)到一級(jí)導(dǎo)線的精度，在測(cè)設(shè)過(guò)程中用首級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)，誤差控制住2cm以內(nèi)即可滿足要求。
3、RTK實(shí)測(cè)中應(yīng)注意的問(wèn)題及對(duì)策
RTK技術(shù)在公路測(cè)量中有廣闊的應(yīng)用前景，但由于公路交通的特殊環(huán)境，存在諸多不利于RTK作業(yè)的因素，如交通流、無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)等。在大量實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)許多測(cè)量過(guò)程中的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，主要有以下幾方面：
1、由于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量與衛(wèi)星分布以及數(shù)據(jù)鏈的性能有關(guān)，為了保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，在開始觀測(cè)前先聯(lián)測(cè)其他已知點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，已確定基準(zhǔn)站和流動(dòng)站各參數(shù)設(shè)置是否正確，以及數(shù)據(jù)鏈通訊是否正常。在觀測(cè)一段時(shí)間或儀器失鎖以及觀測(cè)結(jié)束前都進(jìn)行這一檢測(cè)，這樣可以有效判斷儀器是否處于正常狀態(tài)，從而確保觀測(cè)成果的可靠性。
2、為提高觀測(cè)成果的精度，在進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)流動(dòng)站宜采用三角架或帶支架的對(duì)中桿，這樣流動(dòng)站天線穩(wěn)定性好，對(duì)中整平誤差小。
3、RTK作業(yè)時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈不穩(wěn)定的現(xiàn)象?？赡苁怯捎诹鲃?dòng)站附近存在與電臺(tái)頻率相同的外界無(wú)線電，干擾了無(wú)線電的傳輸，這時(shí)應(yīng)通知基準(zhǔn)站重新選擇電臺(tái)發(fā)射頻率，流動(dòng)站也同時(shí)選擇接受頻率。也可能是電臺(tái)的電量不足，應(yīng)及時(shí)充電。
4、在RTK測(cè)量過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)區(qū)域或某一時(shí)段，解算時(shí)間較長(zhǎng)甚至無(wú)法獲取固定雙差解的情況。這可能是周圍存在反射性較強(qiáng)的建筑物、水面、臨時(shí)停車等引起的多路經(jīng)效應(yīng)，可選擇復(fù)位后重新觀測(cè)記錄；也可能沒(méi)有足夠的衛(wèi)星可用或衛(wèi)星分布不利，可選擇適當(dāng)提高衛(wèi)星高度角。
4、結(jié)束語(yǔ)
RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)是繼GPS全球定位技術(shù)之后，測(cè)量領(lǐng)域又一次技術(shù)變革。它改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，在不通視的條件下遠(yuǎn)距離傳輸三維坐標(biāo)。在作業(yè)中通過(guò)良好的質(zhì)量控制方法和優(yōu)化作業(yè)方法，使RTK技術(shù)的應(yīng)用效果更加良好。隨著RTK技術(shù)的日趨成熟，必將更好的服務(wù)于測(cè)繪各個(gè)領(lǐng)域。
